惊心动魄的氢安全事故！氢气罐流固耦合充气漏气爆炸燃烧仿真看一看

导读：自诞生之初，氢能行业便被安全问题的阴霾所笼罩。在制氢厂区、氢气加注站、燃料电池及氢车测试车间与厂区，以及氢能车辆运行与维护等诸多涉氢作业场景中，氢气泄漏这一隐患如影随形。一旦发生泄漏，氢气浓度极易在短时间内飙升，超过爆炸极限，瞬间便能引发剧烈的燃爆事故。

从微观层面看，每一起燃爆事件都意味着惨重的代价，不仅会无情吞噬现场作业人员的宝贵生命，还将损毁大量昂贵的设备、物资，给相关企业和从业者带来难以承受的经济重创；而从宏观视角审视，倘若此类安全事故频发、得不到有效遏制，恐慌情绪将在整个氢能产业链蔓延，投资者望而却步，消费者信心受挫，最终将严重阻碍这一新兴行业的稳健发展步伐，使其在成长的关键阶段陷入泥沼。

一、惊心动魄的氢安全事故盘点

2023 年8月13 日，江苏连云港东海县一家石英制品公司内气氛陡然紧张。一辆正在作业的运输氢气车辆，因不明原因发生氢气泄漏，泄漏而出的氢气在流动过程中与车体摩擦产生静电，而这星星点点的静电火花瞬间引燃了弥漫的氢气，火势迅猛蔓延。

2023 年 3 月 15 日，丰田公司一辆准备征战赛事、搭载氢发动机的卡罗拉赛车，在 3 月 8 日的测试环节遭遇严重状况。测试过程中，气态氢管突发燃油泄漏，泄漏的氢气迅速被引燃，车辆瞬间被大火包围，无法继续行驶。经后续详细调查得知，这场火灾并非由液态氢直接引发，而是液态氢转化为气态氢后，因车辆振动导致管接头松动，使得发动机附近的管接头处出现泄漏，进而引发大火。

2022 年 4 月 24 日，齐鲁分公司胜利炼油厂连续重整车间内警报骤响。压缩机区域突发氢气泄漏着火事故，火势凶猛，连续重整装置、连续加氢裂化装置被迫紧急停工。消防队伍迅速响应，第一时间奔赴现场展开扑救。0 时 20 分，果断切除氢气流程，采取保护性燃烧措施；1 时 20 分，经过艰苦奋战，大火终于被彻底扑灭。

2021 年 11 月 29 日，四川眉山市仁寿县一处气象观测站内，突发爆炸起火事故，现场一片狼藉。一辆负责为观测站运送氢气罐的面包车，因氢气泄漏引发剧烈爆炸，火光与爆炸声瞬间打破宁静，周边人员被紧急疏散，事故造成人员受伤，给当地带来不小震动，也为氢气运输安全再次拉响警报，强调了运输过程中对氢气罐密封性检查的重要性。

2021 年 8 月 4 日，沈阳经济技术开发区大明湖街 17 号一家特种企业内，形势急转直下。两台停放着的氢气罐车其中一辆，软管突然破裂，氢气瞬间大量泄漏并引发爆燃，现场火势汹涌。好在企业应急处置机制迅速启动，火势得到有效控制，最终未造成人员伤亡，成功避免了一场更大灾难，这也证明了企业建立健全应急处置预案的必要性。

2021 年 7 月 30 日，位于东莞市沙田镇立沙岛的东莞巨正源科技有限公司厂内南区 PSA 制氢装置装卸台，突发紧急状况。一辆正在充装氢气的管束式集装箱，充车软管毫无征兆地断裂，氢气如脱缰野马般泄漏而出，瞬间引发火灾。事故虽未造成人员伤亡，但造成直接经济损失 21760 元，企业生产流程也因此受到严重干扰，后续整改与安全排查工作全面铺开，为同行业企业在充装环节敲响了警钟。

4 号车操作箱前方软管氢气泄漏处起火燃烧

二、氢气罐不同工况下的流固耦合仿真

随着氢能技术的发展，氢气罐作为氢能储存和运输的关键部件，其安全性和可靠性受到越来越多的关注。为了确保氢气罐在实际使用中的安全性，进行相关的仿真分析至关重要。通过仿真对氢气罐的充气过程、漏气过程以及漏气后爆炸燃烧进行详细探讨，评估氢气罐在不同工况下的安全性能。

1、氢气罐充气过程的流固耦合仿真

氢气罐充气过程涉及氢气的高压充入，伴随着罐体内部温度升高和压力的增加。在充气过程中，氢气流动的特性、罐体材料的应力分布、温度变化等因素相互作用，这一过程需要通过流固耦合仿真来综合评估氢气罐的安全性和性能。

（1）充气过程的流场仿真

（2）结构应力与变形分析

充气过程不仅涉及氢气的流动，还会对氢气罐的结构产生应力作用。当氢气快速充入时，罐体会受到来自内部气体压力的作用力，产生局部的应力和变形。结构仿真需要计算氢气罐的应力、变形及温度分布，评估罐体材料在不同充气压力下的行为。

（3）评估标准

• 罐体的最大应力和应变，确保在设计压力下不会发生材料屈服或破裂。

• 罐体的变形程度，确保不会影响氢气罐的使用安全性。

• 充气过程中的温度变化，评估是否超过材料的耐温极限。

2、氢气罐漏气过程的仿真

（1）漏气量的计算

（2）罐内压力变化

（3）漏气过程中的安全性评估

3、氢气罐漏气后的爆炸燃烧仿真

（1）爆炸燃烧过程仿真

（2）安全性评估

• 爆炸产生的最大压力波和冲击波强度，确保罐体在设计过程中具备足够的抗压强度。
• 火焰传播速度和燃烧温度，评估是否会对周围设备和人员造成威胁。
• 罐体破裂时产生的碎片飞散范围，评估对周围环境的影响。

五、自学氢气罐流固耦合充气漏气爆炸燃烧仿真

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